糖粉收集系统的优化改进

陆克孙

（广西叶茂机电自动化有限责任公司，广西南宁 530007）

0 引言

糖厂成品砂糖鼓风干燥和振动输送过程中容易扬起糖粉粉尘，散落在地面和生产设备上，附着在墙面和窗户上，不仅恶化生产环境，影响生产设备的运行，也给食品卫生及安全生产带来了隐患[1]。糖粉颗粒大小不均，且糖粉很容易吸潮粘结，吸附在设备和管道表面后难以脱落，因此使用一般干式旋风分离器很难直接进行分离，在生产中比较难处理。收集后的糖粉一般不作为产品进行销售，而是经兑水搅拌回溶后再重新蒸发结晶生产砂糖。

针对上述情况，广西叶茂机电自动化有限责任公司研发出一种糖粉收集系统。此系统采用湿法除尘，集合了文氏管除尘和旋风水膜除尘双重保障，能够高效收集糖厂干燥及包装车间产生的98%以上的糖粉，在循环水内溶化后以糖水的形式，通过管道直接输送到回溶机，减少回溶系统工作量。经过多年推广，已经成功地在广西良圻糖厂、广西上上糖厂等全国近20 个糖厂使用，效果显著，得到了客户的肯定。

从第一代产品到最新的产品，经过持续跟进客户对产品的使用情况，收集客户使用产品中反馈的问题，结合设计制造糖粉收集系统时面临的问题，持续对糖粉收集系统进行优化，使之日臻完善。糖粉收集系统由引风机、旋风水膜除尘器、文氏管除尘器、喷淋系统及其他集尘风管组成。

图1 TS1000＊3000 糖粉收集系统

1 旋风水膜除尘器

旋风水膜除尘器的进风口在接近罐体下半部分的偏一侧切线方向接入，含尘气体沿切线方向进入除尘器筒体后，粉尘和液滴因离心力作用初步分离，被甩到除尘器内壁上，罐体内顶部设有环形喷淋管不断的往管壁冲水并散开形成水膜。粉尘和液滴被除尘器从上部沿管壁淋下的水膜所黏附，随水流至筒体底部经排浆口排出[2]。

1.1 旋风水膜除尘器内部结构优化

这种除尘器的缺点是设备较高[2]。直径888 mm 的旋风水膜除尘器其高度达到了5 m[2]。有些糖厂要求安装在厂房内靠近除尘点，以减少风管的长度，降低管道阻力，节省投入。早期使用该糖粉收集系统的糖厂，受制于场地，没有设计足够的高度，不能充分分离吸收，导致有部分水雾和粉尘从排风口冒出来。

经过研究分析后，技术人员对旋风水膜除尘器内部进行了优化，增加了螺旋导风片以增加内部接触面积（图2）。螺旋上升的导风片与罐壁留有约20 mm 的间隙，保持罐壁的水膜不被破坏。支撑角钢在螺旋叶片上下两面交错均布焊接，长度与叶片边缘平齐，加强了螺旋叶片的刚度，同时也形成多个疏水钩，减少了“二次携带”，增加了气液分离效果[3]。例如直径1000 mm 的旋风水膜除尘器，可增加约2～3 圈、宽300 mm 的螺旋导风叶片，其内部有效接触的面积增加了20%～30%（内部螺旋叶片为双面接触）。原来的糖粉收集系统达到了更好的除尘和分离效果，新的糖粉收集系统在保证除尘效果的同时结构更为紧凑，方便灵活的布置在厂房内。

图2 旋风水膜除尘器内部局部视图

1.2 阻流片设置

旋风水膜除尘器矩形进风口的设计风速可达23 m/s，进入罐体内后强烈旋转，带动罐底糖水跟着快速旋转，形成涡流，中心液位降低可达100～200 mm，喷淋泵启动抽吸罐底中心的糖水本身也会形成涡流，两者叠加，涡流情况更为严重。早期产品没有充分考虑涡流带来的影响，并未设置阻流片。客户在使用过程中反应除尘效果不稳定，排风口有粉尘现象。经过现场蹲点排查，发现喷淋系统水压不稳定，喷嘴不能连续稳定工作，关闭环形喷管支路的阀门后压力正常，文丘里喷头工作正常。最后分析确认是涡流造成水泵吸空的原因。优化解决方案是在罐底部增加阻流片，降低旋风引起的糖水的涡流。阻流片其设计高度略低于正常液位5 cm 左右，避免对旋风产生阻流，阻流宽度在2/3 的旋风分离器半径即可产生较好的阻流效果。

1.3 环形喷管的优化

环形喷管安装在旋风水膜除尘器顶部，用于向罐壁喷水，在罐壁形成水膜。早期环形喷管设计简单，直接在环管上钻直径为4 mm 的圆孔形喷水口，产生高速圆形水柱冲击管壁。使用中发现容易引起水滴飞溅，离出口太近被强风直接带出。也有客户反应喷水口容易被异物堵塞，难以清理疏通。有实验研究表明液滴撞击壁面产生飞溅与撞击的速度、角度及液滴直径有密切关系[4]。因此将环形喷管进行优化设计，喷口部位改成了可拆卸的扁平喷嘴，增大喷口截面积、降低喷水速度，同时将喷嘴水柱与管壁之间的夹角调整为30°，大大减少了液滴飞溅现象（图3）。为了能定期清理环形管内截留的杂物，避免喷嘴频繁堵塞，环形管上设置了排渣口。平时设备工作时排渣口闭合，需要清理排出环管内的杂物的时候，可将排渣口的堵头打开，把其他支路的阀门关闭，加大环形管的水流速，经过大流量清水反复循环冲洗管道，便可冲出沉积在环管的杂物，最后再停机把过滤器内的杂物清理干净。

图3 环形喷管局部剖视图

2 文氏管除尘器

文氏管除尘器内部喉管前设有喷嘴，顺着气流方向喷射大量细小水滴，管内高速流动的带糖粉气体与水滴撞击后糖粉被吸收。糖粉吸收的效率喷嘴的选型是关键。糖粉收集系统采用循环水喷淋，正常工作时吸收糖粉后喷淋水锤度可达20%以上，有些糖粉尚未完全溶化，如果喷嘴通道间隙太小则容易引起堵塞。螺旋喷嘴具有畅通的流通通道，最大程度地避免堵塞。应用于糖粉除尘的文丘里除尘器应优选具有广角的实心型的螺旋喷嘴，能够覆盖更大空间，使糖粉与水滴充分接触，有利于糖粉的吸收。螺旋喷嘴的接口应使用螺纹接口形式，使结构更为紧凑。为降低在风管内的风阻，连接喷嘴的水管应配套使用，大的水管虽然能保证更多的供水量，但是也容易造成更大的风阻。文丘里除尘管内设计风速可达到23 m/s，喉管处甚至达到50 m/s，因此喷头及连接水管应综合考虑风阻问题，进行尺寸结构优化。

3 喷淋系统

喷淋系统主要由一用一备的水泵及相应的控制阀门、管道组成，为旋风水膜除尘器环形喷淋管和文丘里除尘器的喷嘴提供循环水。早期的喷淋系统设计较为简单，没有水过滤装置的设计，在使用中经常遇到喷头被杂物堵塞的情况，杂物多为焊渣、破布、硅胶垫片等。这些杂物多数是在风管检修安装时，掉进风管中清理不了，被风管中强风吸到了旋风水膜除尘器内，喷淋系统启动工作后杂物被吸入水管内，造成水泵和喷头堵塞。为了解决杂物对喷淋系统的堵塞问题，喷淋系统中每个泵的出口增加了特别设计的具有大过滤面积的过滤器，滤孔直径小于喷嘴的间隙。过滤器的接口采用了卫生级的卡箍连接，不用准备任何工具就可以完成过滤器的拆解清理，大大方便使用。过滤器还有相应的技术措施监控其工作状态。一般在过滤器前后增设压力表或压差开关，对管道压力检测，从而判断过滤器是否堵塞。

4 液位控制优化

系统循环水不断吸收糖粉后浓度越来越高，需要定期人工更换。达到更换时间时，操作人员把回送糖水的阀门打开，使液位降低到一定最低液位后，关闭回送阀门。再打开进水阀门对系统补充清水。这一系列操作较为依赖人工。有时操作人员操作不注意，可能会造成放走太多糖水造成泵空的现象，或者加入清水时液位过高，甚至有忘记关闭进水阀门造成旋风水膜除尘器内被水灌满的情况发生。为了更方便合理控制液位和循环水的浓度，需要优化液位的控制和操作方式。但直接使用液位传感器控制电磁阀开关的方式并不适合，因为工作时罐体内强风对水体的强烈扰动误差会比较大，控制不准确，同时增加了电磁控制阀或气动阀和相应的控制器，成本相对会增加。采用溢流控制的方式则更为简单实用，溢流管从旋风水膜除尘的循环水液面底部位置引出，避免从溢流管漏风（图4）。溢流管的出口与正常液位平齐，管口流入敞开的集水槽，一方面便于观察溢流情况确保溢流正常，另一方面也可以观察采样循环水的锤度。溢流出来的糖水可通过管道自流到回溶罐，或者用一个小罐收集后再通过回流管泵送到回溶罐。进水口则保持一定流量的常开状态，通过进水的流量控制循环水的浓度，进水多则浓度低，进水少则浓度高。溢流控制的方式大大降低操作人员的工作量，因操作引起的液位和浓度难以控制的问题也完全解决了。

图4 液位控制示意

5 结束语

通过对分系统子部件的优化，糖粉收集系统功能越来越完善，使用更加方便和人性化，结构紧凑、现场布置灵活，在糖厂糖粉收集中将得到更广泛的应用。